廣州市天河區深涌水閘泵站方案研究

李焯然

（廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣州 510635）

廣州市天河區現狀防洪（潮）體系主要由涌口水閘及珠江堤防組成，排澇體系以河涌、水閘為骨干，輔以涵閘、渠涌、水庫山塘和排澇泵站等建筑物。深涌位于天河區和黃埔區分界處，流經兩區，出口流入珠江前航道，水系呈樹形網狀。流域內下游兩岸區域內澇情況較為嚴重，主要問題有：①局部地區（廣九鐵路以南黃村區域、珠村區域）地勢低洼，地形較為平坦，排水速度小，路徑長，易積水為澇；②受廣九鐵路建設影響，深涌下游存在多個橋涵卡口，造成上游洪水下泄受阻；③深涌上游大部分人工湖和山塘尚未建有連通及控泄設施，未充分發揮其調蓄功能；④深涌水閘建于1986 年，運行時間久遠，設備老舊且現狀閘頂高程3.10 m，不滿足潮位上升后的防洪潮標準要求。為保障深涌流域防洪安全，閉合防洪體系，提升流域排澇能力，解決下游河段兩岸地勢低洼水浸問題，本建設方案擬改建深涌水閘并新建排澇泵站。

1 工程等級和標準

根據《水利工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）[1]及《防洪標準》（GB50201-2014）[2]，水閘與排澇泵站的防洪標準為200 年一遇；水閘及泵站排澇標準為50 年一遇最大24 小時暴雨不成災，水閘排澇流量Q=165.3 m3/s（P=2%），泵站排澇流量Q=70 m3/s。其永久性主要建筑物級別為1級，次要性永久建筑物級別為3 級，臨時工程建筑物級別為4 級。

2 工程規模

2.1 水閘規模

（1）設計流量及水位。根據設計洪水及設計潮位計算成果，結合擋潮、排澇、日常運行工況及水閘消能防沖、穩定復核、施工圍堰等需要，本方案提出重建深涌水閘，相關設計流量及水位參數參見表1。

表1 深涌水閘工程流量和水位參數

（2）閘寬和底板高程。綜合考慮防洪潮、排澇及通航要求，并參考工程區其他水閘的規模，確定各水閘的閘門凈寬，并結合實際地形及原水閘底板高程等，確定閘底板高程。根據《水閘設計規范》（SL265-2016）附錄A 堰流公式[3]計算本次建設方案可得：深涌水閘凈寬25 m，閘底板高程-2.8 m，閘上下水位差0.1 m，泄流能力177 m3/s。

2.2 排澇站規模

（1）設計流量。深涌排澇站設計流量為70 m3/s，裝機容量5 600 kW。

（2）特征水位。根據《泵站設計規范》（GB50265-2010）[4]相關規定以及設計洪水和設計潮位計算成果，本方案提出新建深涌泵站，相關特征水位參數參見表2。

表2 深涌泵站流量及特征水位

3 工程地質

擬建深涌閘站位于深涌與珠江交界附近，地貌上屬于珠江三角洲沖積平原，涌邊為城區民房和道路，地勢平坦，地面高程為2.60～3.25 m，涌底高程為-2.00～-2.72 m。根據勘探成果，閘站選址處地基主要分布淤泥層、粉砂層、粉土層及砂礫巖層，各土層物理指標參數建議值參見表3。

表3 深涌閘站地基土層物理指標參數

4 閘站選址

根據防洪排澇規劃，本階段規劃重建深涌水閘，排澇流量165.3 m3/s；新建深涌排澇站，排澇流量70 m3/s，工程建設占地較大。根據水閘以及排澇泵站的功能、特點、運行要求，綜合考慮地形、地質、水流、潮汐、泥沙、施工、管理、周邊環境等因素。本階段主要擬定兩個閘址方案及兩個站址方案進行比選。方案選址參見圖1。

圖1 深涌水閘泵站選址方案示意

4.1 水閘選址

上閘址方案：即舊閘址重建，閘址位于距離外江交匯口上游約375 m 處，在臨江大道北側、黃埔大道南側。下閘址方案：位于距離外江交匯口上游約102 m 處，在臨江大道北側。

兩個方案均布置于河涌內，閘室內外側均有一段河涌，排澇時出閘水流不易受外江洪水干擾，水流均勻擴散，流態較好。閘門和閘室結構受引渠掩護，不易受外江急流和風浪的正面襲擊。施工期間圍堰位于內涌，基本不影響外江行洪安全。兩個方案優缺點對比參見表4。

由表4 可知：從技術上看，兩個方案各有利弊，均可行。但從現場情況、規劃用地、內涌排澇、工程管理及投資考慮，下閘址方案更貼合實際需求。因此，新建水閘閘址推薦下閘址方案。

表4 深涌水閘選址方案對比

4.2 排澇站選址

閘站分建方案：于深涌出口右岸綠地處新建排澇站，在水閘（距離外江交匯口上游約102 m處）上游右岸新建進水箱涵下穿臨江大道連接排澇站。閘站合建方案：選址于外江交匯口約180 m處，采用上下層結構，泵站與水閘合建于河道上。

兩個方案優缺點對比見表5。從表中可看出：從后期管理運行角度看，閘站分建方案為常規閘站布置形式，水機設備成熟可靠，運行管理方便[7]，后期維護費用小，但前期投資高；閘站合建方案工程占地較小，總體布置清晰簡潔，但閘站合建布置整體結構較大，開挖基坑深，基礎處理措施費用高，施工困難且后期運行會對一河兩岸的環境造成隱患，管養難度大，運營管養費用高。綜上所述，新建水閘閘址推薦閘站分建方案。深涌閘站分建平面布置見圖2。

表5 深涌泵站選址方案對比

圖2 深涌水閘泵站平面布置

5 閘站建筑物型式比選

5.1 水閘型式比選

目前常用的水閘型式有直升閘、氣盾閘、液壓翻板閘等。這幾種水閘優缺點對比見表6。

表6 水閘型式優缺點對比

本工程水閘設計流量為165.3 m3/s，河道寬約30 m，根據水力計算，水閘閘孔尺寸擬定為4 孔6.25 m×7 m（寬×高），總凈寬25 m。閘孔凈高7 m，若采用直升閘，則需高度較高的啟閉機房，本工程位于城區，景觀要求較高，不宜采用直升閘；汛期水閘擋水高度會達6～7 m，一般氣盾閘擋水高度不大于5 m，故也不宜采用氣盾閘。

綜上所述，本項目的水閘擬采用液壓上翻式平面鋼閘門，平時上翻于橋底，擋潮時下立，不布置地面啟閉房。閘門結構見圖3。

圖3 上翻式閘門結構

5.2 排澇站型式比選

排澇站形式多樣，常見的有固定式、豎井式、纜車式、浮船式等。由于機組類型、水源與地下水的條件、地址條件、建筑材料及樞紐布置的不同，需要根據設計要求和客觀條件選擇合適的形式。

由表2 可知本工程進水池水位最大變幅為3.93 m。根據《泵站設計規范》（GB 50265-2010）“當水源水位變化幅度在10 m 以上時，可采用豎井式泵站、纜車式泵站、浮船式泵站、潛沒式泵站等其他形式泵站”，并結合其條文說明中上述泵站的水位變幅、水位漲落速度、水流速度等應用條件及國內應用情況，故本工程不宜采用以上型式泵站。因此，根據泵站選址并結合客觀條件選用固定式排澇站堤身式布置作為本工程的排澇站型式。排澇站進水流道采用鋼筋砼棱臺型漸變流道；機組采用立式軸流泵組。

固定式泵房結構型式主要有分基型、干室型、濕室型和塊基型四種[10]。其中，分基型、干室型及濕室型結構較小，一般適用于小型泵站；而塊基型自重較大、抗滑和抗浮穩定性較好[11]，常用于大中型泵站。本工程泵站設計流量70 m3/s，泵站規模為大（二）型[4]，故采用固定式塊基型泵房。泵房結構見圖4。

圖4 堤身式塊基型泵房結構

6 地基處理方案

水閘、泵站、進水箱涵等建筑物結構較大且上部均有車輛通行，豎向荷載較大，而建筑物基面所在位置有較厚的淤泥層以及粉土層，地層承載力較低，為滿足沉降控制要求，本工程對閘站建筑物基礎均設置地基處理措施。

本工程地基砂層下無軟弱夾層，預制管樁以及灌注樁均適用，故需進行經濟比較后確定。經計算，若采用φ1 000 mm 灌注樁，樁底進入砂礫巖層不小于1 m，平均樁長25 m，樁間距4.0 m×4.0 m；若采用φ500 mm 預制管樁，樁底進入砂礫巖層不小于1 m，平均樁長25 m，樁間距2.0 m×2.0 m。兩種基礎處理方案造價對比見表7。

表7 地基處理方式投資對比

根據比選可知，預制管樁方案較為經濟，故本階段水閘、進水箱涵及泵站地基處理方案采用該方案。考慮到水閘泵站均采用了剛性樁的地基處理方案，樁體的壓縮特性與地基淤泥土的壓縮特性不同，存在樁基上部閘室及泵室沉降與地基淤泥土固結沉降不一致的可能，將會使閘室底板與地基土體出現脫空現象，形成沿基礎結構下輪廓的滲漏通道，因此本工程擬在閘室和泵室底板四周打密排水泥攪拌樁防滲墻，樁徑600 mm，樁間距400 mm，密扣200 mm，平均樁長15 m。

7 結論

本文對天河區深涌水閘以及排澇站設計方案展開討論，明確了深涌閘站的布置方式以及建筑物選型，并采用預制管樁對建筑物基礎進行地基處理，保障建筑物后期的安全穩定運行。工程竣工后將極大提升深涌流域防洪排澇能力，改善深涌兩岸人民生活。